CN107167750B - 一种混合应力下的超导线材临界电流测试装置及测试方法 - Google Patents

一种混合应力下的超导线材临界电流测试装置及测试方法 Download PDF

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Abstract

一种混合应力下的超导线材临界电流测试装置及其测试方法，其装置组成主要是：杜瓦左右两侧固定有电磁铁壳，电磁铁壳的内腔中安装励磁线圈；输出轴壳通过轴承安装在杜瓦上方的顶板上并穿过顶板；电机的主轴与主齿轮相连接，主齿轮与输出轴壳上固定的齿环相啮合；输出轴壳的顶端固定垂向伺服电机，垂向伺服电机的输出轴向下穿出输出轴壳后与上夹具相连，上夹具夹持超导线材的上端；超导线材的下端夹持于下夹具；下夹具固定在杜瓦底部的固定底座上；支撑台的台面安装有横向伺服电机，横向伺服电机通过导向杆、传力杆与四聚氟乙烯圆盘相连，该圆盘位于超导线材中部的左侧。该装置能够测量不同的弯曲半径、拉力、扭曲角度及磁场下的超导线材临界电流。

Description

一种混合应力下的超导线材临界电流测试装置及测试方法
技术领域
本发明涉及一种混合应力下的超导线材临界电流测试装置及测试方法。
背景技术
超导线材的力学特性是决定超导线使用性能的重要因素之一。而在生产和应用过程中，超导线材所受到的应力是多因素共同作用的。例如利用超导线材制作超导电缆绞制过程中的拉力、扭曲、弯曲和电缆载流时产生的电磁力都会使超导线发生各种应变,从而对其临界性能造成影响。其次，超导设备应用时一般都存在背景磁场，即超导线处于力-电-磁多物理场之中。通过实验测试得出超导线在各种应变和背景磁场的共同作用对其临界性能的影响，能为使用超导线材的超导设备的设计、制备、使用和维护，提供实验依据。
现有的测试装置只能测试超导线材单向拉伸或者拉伸扭曲或者拉伸弯曲作用下的临界性能，更不能测试背景磁场与应变共同作用下超导线材的临界性能。由于其测试工况和超导设备实际运行状态不相吻合，从而无法为超导设备的设计和维护提供准确、可靠的实验数据。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种混合应力下的超导线材临界电流测装置，该装置能够测量不同弯曲半径、不同拉力、不同扭曲角度及不同背景磁场下的超导线材临界电流，从而为使用超导线材的超导设备的设计和制造提供更加准确、可靠的实验依据。
本发明实现其第一发明目的所采用的技术方案是，一种混合应力下的超导线材临界电流测试装置，其组成是：
底板上放置方形的杜瓦，杜瓦左右两侧固定有电磁铁壳，电磁铁壳的内腔中安装励磁线圈；
底板上固定有四个立柱，顶板固定于四个立柱的顶端；输出轴壳通过轴承安装在顶板上并穿过顶板；电机的主轴与主齿轮相连接，主齿轮与输出轴壳周面上固定的齿环相啮合；
输出轴壳的顶端固定垂向伺服电机，垂向伺服电机的输出轴向下穿出输出轴壳后与上夹具相连，上夹具夹持超导线材的上端；超导线材的下端夹持于下夹具；杜瓦内腔的底部固定有固定底座，下夹具固定在固定底座上；
底板的左部设置有高于杜瓦、低于顶板的支撑台，支撑台的台面安装有横向伺服电机，横向伺服电机与导向杆的左端相连，导向杆的右端与伸入杜瓦的传力杆的上端相连，传力杆下端右侧与四聚氟乙烯圆盘相连，四聚氟乙烯圆盘位于超导线材中部的左侧；位移传感器的基座固定于顶板上，位移传感器的传感头与传力杆相连。
本发明的第二目的是提供一种使用上述的混合应力下的超导线材临界电流测装置，进行混合应力下超导线材临界电流的测试方法，该方法能够快速、方便的测出不同弯曲半径、不同拉力、不同扭曲角度及不同背景磁场下的超导线材临界电流。
本发明实现其第二发明目的所采用的技术方案是，一种使用上述的混合应力下的超导线材临界电流测试装置，进行混合应力下超导线材临界电流的测试方法，其操作是：
A、将纳伏表的两输出端与超导线材的两电压引线相连接；
B、向低温杜瓦中注入液氮，直到超导线材完全淹没在液氮中；
C、启动垂向伺服电机，垂向伺服电机驱动输出轴及上夹具上移，给超导线材施加设定的拉伸应力；
D、启动电机，电机带动主齿轮、齿环、输出轴壳、垂向伺服电机及其输出轴和上夹具转动设定的角度，给超导线材施加设定的扭曲应力；
E、启动横向伺服电机，横向伺服电机依次带动导向杆、传力杆和四聚氟乙烯圆盘向右移动设定的距离，给超导线材施加设定的弯曲应力；
F、给励磁线圈通以设定的电流，使其激发出设定的的交变背景磁场；
G、给超导线材通以从小到大的直流电，读出纳伏表上的电压值；当纳伏表的电压值和对应的超导线材的长度比值达到1μv/cm时，通过超导线材的电流值即为超导线材临界电流值。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明装置可以同时给超导线材施加设定的拉伸、弯曲、扭曲应力，还能产生设定的背景磁场，既能测出单一的应力或磁场对超导线材临界电流的影响，更能测出这些应力、磁场的交互作用对超导线材临界电流的影响，使其测试工况与超导线材在实际应用中各种场景匹配，从而为使用超导线材的超导设备的设计和制造提供更加准确、可靠的实验依据。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方法
实施例
图1示出，本发明的一种具体实施方式是，一种混合应力下的超导线材临界电流测试装置，其组成是：
底板21上放置方形的杜瓦8，杜瓦8左右两侧固定有电磁铁壳6，电磁铁壳6的内腔中安装励磁线圈7；
底板21上固定有四个立柱5，顶板11固定于四个立柱5的顶端；输出轴壳20通过轴承22安装在顶板11上并穿过顶板11；电机12的主轴与主齿轮18相连接，主齿轮18与输出轴壳20周面上固定的齿环19相啮合；
输出轴壳20的顶端固定垂向伺服电机10，垂向伺服电机10的输出轴13向下穿出输出轴壳20后与上夹具14相连，上夹具14夹持超导线材15的上端；超导线材15的下端夹持于下夹具16；杜瓦8内腔的底部固定有固定底座17，下夹具16固定在固定底座17上；
底板21的左部设置有高于杜瓦8、低于顶板11的支撑台4，支撑台4的台面安装有横向伺服电机3，横向伺服电机3与导向杆2a的左端相连，导向杆2a的右端与伸入杜瓦8的传力杆2的上端相连，传力杆2下端右侧与四聚氟乙烯圆盘9相连，四聚氟乙烯圆盘9位于超导线材15中部的左侧；位移传感器1的基座固定于顶板11上，位移传感器1的传感头与传力杆2相连。
一种本例的混合应力下的超导线材临界电流测试装置，进行混合应力下超导线材临界电流的测试方法，其操作是：
A、将纳伏表的两输出端与超导线材15的两电压引线相连接；
B、向低温杜瓦8中注入液氮，直到超导线材15完全淹没在液氮中；
C、启动垂向伺服电机10，垂向伺服电机10驱动输出轴13及上夹具14上移，给超导线材15施加设定的拉伸应力；
D、启动电机12，电机12带动主齿轮18、齿环19、输出轴壳20、垂向伺服电机10及其输出轴13和上夹具14转动设定的角度，给超导线材15施加设定的扭曲应力；
E、启动横向伺服电机3，横向伺服电机3依次带动导向杆2a、传力杆2和四聚氟乙烯圆盘9向右移动设定的距离，给超导线材15施加设定的弯曲应力；
F、给励磁线圈7通以设定的电流，使其激发出设定的的交变背景磁场；
G、给超导线材15通以从小到大的直流电，读出纳伏表上的电压值；当纳伏表的电压值和对应的超导线材的长度比值达到1μv/cm时，通过超导线材15的电流值即为超导线材15临界电流值。固定有齿环19，主齿轮18与齿环19相啮合。通过主齿轮18的转动可以带动齿环19、输出轴壳20依次转动。进而给超导线材15施加不同角度的扭曲应力。

Claims (2)

1.一种混合应力下的超导线材临界电流测试装置，其组成是：
底板(21)上放置方形的杜瓦(8)，杜瓦(8)左右两侧固定有电磁铁壳(6)，电磁铁壳(6)的内腔中安装励磁线圈(7)；
底板(21)上固定有四个立柱(5)，顶板(11)固定于四个立柱(5)的顶端；输出轴壳(20)通过轴承(22)安装在顶板(11)上并穿过顶板(11)；电机(12)的主轴与主齿轮(18)相连接，主齿轮(18)与输出轴壳(20)周面上固定的齿环(19)相啮合；
输出轴壳(20)的顶端固定垂向伺服电机(10)，垂向伺服电机(10)的输出轴(13)向下穿出输出轴壳(20)后与上夹具(14)相连，上夹具(14)夹持超导线材(15)的上端；超导线材(15)的下端夹持于下夹具(16)；杜瓦(8)内腔的底部固定有固定底座(17)，下夹具(16)固定在固定底座(17)上；垂向伺服电机(10)驱动输出轴(13)及上夹具(14)上移，给超导线材(15)施加设定的拉伸应力；电机(12)带动主齿轮(18)、齿环(19)、输出轴壳(20)、垂向伺服电机(10)及其输出轴(13)和上夹具(14)转动设定的角度，给超导线材(15)施加设定的扭曲应力；
底板(21)的左部设置有高于杜瓦(8)、低于顶板(11)的支撑台(4)，支撑台(4)的台面安装有横向伺服电机(3)，横向伺服电机(3)与导向杆(2a)的左端相连，导向杆(2a)的右端与伸入杜瓦(8)的传力杆(2)的上端相连，传力杆(2)下端右侧与四聚氟乙烯圆盘(9)相连，四聚氟乙烯圆盘(9)位于超导线材(15)中部的左侧；位移传感器(1)的基座固定于顶板(11)上，位移传感器(1)的传感头与传力杆(2)相连。
2.一种使用权利要求1所述的混合应力下的超导线材临界电流测试装置，进行混合应力下超导线材临界电流的测试方法，其操作是：
A、将纳伏表的两输出端与超导线材(15)的两电压引线相连接；
B、向低温杜瓦(8)中注入液氮，直到超导线材(15)完全淹没在液氮中；
C、启动垂向伺服电机(10)，垂向伺服电机(10)驱动输出轴(13)及上夹具(14)上移，给超导线材(15)施加设定的拉伸应力；
D、启动电机(12)，电机(12)带动主齿轮(18)、齿环(19)、输出轴壳(20)、垂向伺服电机(10)及其输出轴(13)和上夹具(14)转动设定的角度，给超导线材(15)施加设定的扭曲应力；
E、启动横向伺服电机(3)，横向伺服电机(3)依次带动导向杆(2a)、传力杆(2)和四聚氟乙烯圆盘(9)向右移动设定的距离，给超导线材(15)施加设定的弯曲应力；
F、给励磁线圈(7)通以设定的电流，使其激发出设定的的交变背景磁场；
G、给超导线材(15)通以从小到大的直流电，读出纳伏表上的电压值；当纳伏表的电压值和对应的超导线材的长度比值达到1μv/cm时，通过超导线材(15)的电流值即为超导线材(15)临界电流值。
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